復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑工程中的特殊支護(hù)體系應(yīng)用

（河南省建設(shè)基礎(chǔ)工程有限公司，河南鄭州 450000）

特殊支護(hù)體系由擋土、挖土、支護(hù)降水等子項(xiàng)工程構(gòu)成，對(duì)深基坑側(cè)壁進(jìn)行加固保護(hù)，確保周邊及地下相關(guān)建筑物管網(wǎng)管線的安全性，保證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定并防止地下水滲透，對(duì)深基坑工程安全具有重要作用[1]。國(guó)內(nèi)外對(duì)支護(hù)體系開(kāi)展了大量研究，重點(diǎn)分析了軟土地區(qū)的深基坑工程，得出圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大位移與開(kāi)挖深度的關(guān)系，支護(hù)與基坑周邊土體相互影響，可判斷基坑變形與支護(hù)應(yīng)用的關(guān)聯(lián)性，并對(duì)不同支護(hù)形式的基坑變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行分析，得到支護(hù)體系的開(kāi)挖深度、側(cè)向位移、地表沉降等比值[2]。結(jié)合深基坑工程實(shí)例，對(duì)淤泥質(zhì)土的固化性能進(jìn)行深入分析，得到固化土強(qiáng)度規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)控，優(yōu)化支護(hù)主體的加固參數(shù)，控制支護(hù)體系的內(nèi)支撐預(yù)應(yīng)力，計(jì)算支護(hù)體系的土壓力，得到支護(hù)體系土體加固的最優(yōu)施工方案[3]。復(fù)雜地質(zhì)條件下的基坑支護(hù)工程風(fēng)險(xiǎn)較大，事故發(fā)生率較高，工程對(duì)支護(hù)體系開(kāi)挖技術(shù)的要求越來(lái)越高。部分基坑支護(hù)形式的應(yīng)用設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致深基坑出現(xiàn)坍塌、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等現(xiàn)象，研究復(fù)雜地質(zhì)條件下的基坑支護(hù)應(yīng)用，保證深基坑施工的安全性和穩(wěn)定性，為施工過(guò)程提供指導(dǎo)性建議。

1 復(fù)雜地質(zhì)條件下特殊支護(hù)體系在深基坑工程中的應(yīng)用

某核電站常規(guī)島/泵房基坑布置在周邊水源充足的軟土地基上，表層覆蓋淤泥軟土層較厚。該基坑工程開(kāi)挖范圍大、深度深（27 m），該工程地下海工防滲分布復(fù)雜，周邊已施工部分前期工程。基坑開(kāi)挖應(yīng)保證基坑周邊邊坡自身穩(wěn)定，保證周圍構(gòu)筑物不受破壞、不喪失結(jié)構(gòu)功能。在深基坑開(kāi)挖施工中，須針對(duì)基坑周邊構(gòu)筑物的變形和振動(dòng)等設(shè)計(jì)要求進(jìn)行控制施工，以確?；又苓呥吰碌淖陨矸€(wěn)定及周邊構(gòu)筑物不受破壞，確保工程施工安全。常規(guī)的基坑支護(hù)方案實(shí)施難度大、費(fèi)用高，因此，采用強(qiáng)夯擠淤支護(hù)施工技術(shù)。

1.1 采取土釘墻支護(hù)形式

深基坑工程周邊地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，選取土釘墻支護(hù)形式，充分發(fā)揮邊坡土體的自承能力。在基坑側(cè)壁通過(guò)鉆孔放置土釘、注漿，使鋼筋、土體形成一個(gè)整體，支護(hù)對(duì)象主要為含水率較高的軟弱土層和砂層[4]。在地下水位較低且地質(zhì)情況較好的地層中，土釘應(yīng)沿孔道注入純水泥漿或水泥砂漿，使錨固體達(dá)到相應(yīng)的強(qiáng)度：

式中：σ——靜止土壓力強(qiáng)度為（Pa）；r——支擋土體重度；K——靜止土壓力系數(shù)；P——錨固體強(qiáng)度（N/m）。

利用上述公式，控制支護(hù)體系注入錨孔內(nèi)注漿體的強(qiáng)度，在孔內(nèi)放入鋼筋，對(duì)邊坡土體進(jìn)行加固處理，在此過(guò)程中進(jìn)行信息化、動(dòng)態(tài)化控制。選擇土釘形式時(shí)，采集施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)不同地質(zhì)情況和地下水情況，選擇合適的土釘支護(hù)方式，形成復(fù)合土體，起到支護(hù)作用[5]。

土釘形式支護(hù)流程如圖1所示。

圖1 土釘墻支護(hù)流程

根據(jù)不同區(qū)域的地質(zhì)特征，選取組合支護(hù)方案，確定合理的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)復(fù)雜地質(zhì)條件下的工程情況進(jìn)行綜合分析，確定采用的具體樁型。根據(jù)排樁的成樁工藝和樁型，確定無(wú)支撐、多支撐、單支撐結(jié)構(gòu)的布置方式，采用預(yù)制地下連續(xù)墻技術(shù)，工廠預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)裝配的流程，使其可承受較大的水平荷載。地下水位較高且土質(zhì)較差的軟土地區(qū)，可使用專用機(jī)械設(shè)備，采用對(duì)土體擾動(dòng)較少的排樁支護(hù)方案，實(shí)現(xiàn)鉆孔灌注樁的支護(hù)結(jié)構(gòu)。施工過(guò)程中應(yīng)注意防水工作，使護(hù)栓作為地下結(jié)構(gòu)的外墻，起到兩墻合一的作用。施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制土體的位移沉降，避免采用挖空樁，以此確定深基坑工程支護(hù)形式。

1.2 控制支護(hù)樁墻變形量

土釘墻支護(hù)流程過(guò)程中，存在孔道水壓力消散的過(guò)程，導(dǎo)致坑底土體、基坑外地表及支護(hù)樁墻產(chǎn)生變形，應(yīng)選取土釘墻支護(hù)參數(shù)，監(jiān)測(cè)深基坑及支護(hù)體系變形，將變形影響控制在一定范圍內(nèi)[6-7]。對(duì)深基坑進(jìn)行開(kāi)挖處理，使兩側(cè)土體形成應(yīng)力差，控制深基坑的橫豎向深度為開(kāi)挖深度的3～5、2～4倍，約束樁墻頂?shù)乃轿灰疲箻秹υ诳油馔翂毫Φ淖饔孟滦纬傻谷切挝灰菩螤?，土體應(yīng)力差：

式中：i——深基坑地質(zhì)層；E——兩側(cè)土體卸載模量；b——總卸載應(yīng)力；L——兩側(cè)土體厚度（m）；h——土體殘余應(yīng)力系數(shù)；S——土體應(yīng)力差。

可根據(jù)圍護(hù)樁墻所在地層的移動(dòng)面積，判斷假定的地表沉降曲線。樁墻的最大側(cè)向位移為坑底，應(yīng)距離基坑邊開(kāi)挖0.5倍深度，在基坑底選取一個(gè)固定點(diǎn)，計(jì)算該點(diǎn)沉降量與地表最大沉降量的比值及樁墻距離與開(kāi)挖深度的比值，支護(hù)參數(shù)的變形量：

式中：Q——支護(hù)參數(shù)的變形量；Zi——基坑底至第i層土底面的距離（m）；ai——基坑底計(jì)算點(diǎn)至第i層土底面平均應(yīng)力附加系數(shù)；Zi-1——i-1層土底面的距離（m）；j——土體回彈影響的沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；c——坑底以上土體的自重；ai-1——i-1層土底面范圍內(nèi)平均應(yīng)力附加系數(shù)。

無(wú)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值時(shí)，j取1，c應(yīng)處于地下水位以下并去除水的浮力。利用式（3）可判斷深基坑工程的地表差異性沉降，測(cè)量圍護(hù)樁墻水平位移，取墻體水平位移的0.8倍值，判斷地表沉降相應(yīng)土層移動(dòng)面積的關(guān)系，使地表沉降分布在開(kāi)挖深度范圍內(nèi)，其范圍應(yīng)距基坑邊2倍距離。0.8倍值超過(guò)1/150時(shí)，變形量會(huì)導(dǎo)致樁墻出現(xiàn)開(kāi)裂，應(yīng)控制坑底位置沉降量為最大值，預(yù)測(cè)深基坑地表沉降，使支護(hù)樁墻位移變量降至最低，實(shí)現(xiàn)支護(hù)樁墻變形量的控制。以完成復(fù)雜地質(zhì)條件下特殊支護(hù)體系在深基坑工程中應(yīng)用方法的設(shè)計(jì)。

2 試驗(yàn)論證分析

深基坑工程選取某地下車庫(kù)，自西向東略有起伏，基坑形狀為矩形，底口線周長(zhǎng)為253.1 m，地面標(biāo)高介于419.32～420.09 m，設(shè)置9支護(hù)段，其支護(hù)類型如表1所示。

表1 各支護(hù)段支護(hù)類型 單位：m

護(hù)段支護(hù)材料為混凝土，單元類型分別為植入式梁?jiǎn)卧?D板單元，兩種方法分別對(duì)支護(hù)體系的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2所示。

表2 支護(hù)結(jié)構(gòu)材料參數(shù)

對(duì)施工過(guò)程中9支護(hù)段的護(hù)坡樁沉降量進(jìn)行檢測(cè)，兩種應(yīng)用方法的對(duì)比結(jié)果如表3所示。

表3 試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果 單位：mm

由表3可知，本文應(yīng)用方法平均沉降量為3.3 mm，傳統(tǒng)應(yīng)用方法平均沉降量為5.1 mm。相比傳統(tǒng)方法，本文方法沉降量減少了1.8 mm，控制基坑邊線最大沉降量在荷載作用范圍內(nèi)，使特殊支護(hù)體系的應(yīng)用效果更滿足安全性要求。

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出的支護(hù)體系應(yīng)用方法采取了土釘墻支護(hù)形式，在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中，保證了深基坑工程的安全穩(wěn)定，減少了護(hù)樁的沉降量。